Transportasi Sedimen

BAB II

11

BAB II

LANDASAN TEORI2.1. Umum

Pengangkutan sedimen merupakan pengetahuan yang bertujuan untuk mengetahui suatu sungai dalam keadaan tertentu apakah akan terjadi penggerusan (degradasi), pengendapan (aggradasi), atau mengalami angkutan sedimen (aquilibrium transport) dan untuk memperkirakan kuantitas yang terangkut dalam proses tersebut.. Keadaan-keadaan yang menentukan pengangkutan :

a. Sifat-sifat aliran air

b. Sifat-sifat sedimen

c. Pengaruh timbal-balik (inter-action)Sungai disebut dalam keadaan seimbang jika sedimen yang melewati suatu penampang sungai tetap, atau dengan kata lain debit sedimen (sediment discharge) yang masuk sama dengan debit yang keluar didalam satu satuan waktu. Keadaan dimana jumlah debit sedimen yang masuk sama dengan yang keluar didalam satu satuan waktu disebut Debit Sedimen Seimbang (Qse).

Suatu sungai dikatakan mengalami pengendapan jika sedimen yang masuk (Qs) lebih besar dari debit sedimen seimbang (Qse) dalam satu satuan waktu. Proses pengendapan (aggradasi) ini akan mengurangi kemiringan dasar sungai (pendangkalan) dan mungkin akan menyebabkan terjadinya proses pelebaran sungai.

Dan sebaliknya, sungai akan mengalami degradasi jika keadaan debit sedimen yang masuk (Qs) lebih kecil dari debit sedimen seimbang (Qse) dalam satu satuan waktu. Proses ini akan menyebabkan terjadinya penurunan elevasi sungai, sehingga kemiringan dasar sungai akan menjadi curam. Peristiwa ini biasanya akan terjadi pada hilir bangunan bendung, bendungan atau bangunan-bangunan pengatur sungai.

2.2. Karakteristik Sedimen

Proses pengangkutan sedimen dan pengendapan sedimen tidak hanya tergantung pada sifat-sifat arus tetapi juga pada sifat-sifat sedimen itu sendiri. Sifat-sifat itu didalam proses sedimentasi terdiri dari sifat partikelnya dan sifat sedimen secara menyeluruh. Namun demikian sifat yang paling penting itu adalah mengenai besarnya atau ukurannya.

Dalam beberapa studi mengenai sedimen sungai diwaktu lampau menggunakan bentuk rata-rata untuk menggambarkan karateristik sedimen secara keseluruhan. Cara ini dapat kita lakukan apabila bentuk, kepadatan dan distribusi sedimen tidak terlalu bervariasi dalam regim sungai. Untuk mendapatkan hasil yang lebih tepat, perlu dilakukan penggambaran sedimen yang lebih seksama.

2.2.1. Klasifikasi Sedimen

Pada dasarnya sedimen yang terangkut oleh aliran dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Berdasarkan sumber/asal sedimen :

Angkutan material dasar, dapat dibagi lagi menjadi :

bed load

suspended load wash load

2. Berdasarkan mekanisme transpor :

bed load suspended load

keterangan :

Suspended load, yaitu sedimen yang bergerak diatas dasar secara melayang dimana berat partikel dikompensasi oleh turbulensi aliran.

Bed load, yaitu sedimen yang bergerak didasar secara menggelinding (rolling), menggeser (sliding), atau meloncat (jumping). Wash load, yaitu sedimen yang butirannya sangat halus bergerak melayang di bagian atas aliran dan tidak mengendap di dasar sungai.

2.2.2. Bentuk dan Ukuran Sedimen

Bentuk partikel dari sedimen alam beraneka ragam dan tidak terbatas. Ukuran partikel sedimen itu sendiri belum cukup untuk menjelaskan butir-butir sedimen. Sifat-sifat yang paling penting dan berhubungan dengan angkutan sedimen adalah bentuk dan kebulatan butir (berdasarkan pengamatan H, (). Bentuk butiran dinyatakan dalam kebulatannya yang didefinisikan sebagai perbandingan daerah permukaan yang bulat dengan volume yang sama dari butiran dengan daerah permukaan partikel.

Daerah permukaan sulit ditentukan dan isi butiran relatif kecil, sehingga Wadell mengambil pendekatan untuk menyatakan kebulatan. Kebulatan dinyatakan sebagai perbandingan diameter suatu lingkaran dengan daerah yang sama terhadap proyeksi butiran dalam keadaan diam dan ruang terhadap muka yang paling besar kepada diameter yang paling kecil atau dengan kata lain kebulatan digambarkan sebagai perbandingan radius rata-rata kelengkungan setiap butir terhadap radius lingkungan yang paling besar (daerah proyeksi atau bagian butiran melintang).

Bentuk partikel dinyatakan sebagai suatu faktor bentuk (SF), yaitu :

SF = c/(ab)0.5dimana :

a: sumbu terpanjang

b: sumbu menengah

c: sumbu terpendek

Untuk partikel berbentuk bola SF = 1, sedangkan untuk pasir alam SF = 0.7. Pengaruh bentuk terhadap karakteristik hidraulis dari partikel/butiran (yaitu kecepatan jatuh ataupun hambatan) tergantung pada angka Reynold.

Partikel-partikel sedimen alam memiliki bentuk yang tidak teratur. Oleh karena itu setiap panjang dan diameter akan memberikan ciri kepada bentuk kelompok butiran. Tabel 2.1. memperlihatkan skala kelas pengelompokan partikel yang diusulkan oleh peraturan geofisika Amerika (Lane, 1947).

Dalam peristilahan sedimen digunakan tiga macam diameter yaitu:

a. Diameter saringan (D), adalah panjang dari sisi lubang saringan dimana suatu partikel dapat melaluinya.

b. Diameter sedimentasi (Ds), adalah diameter bulat dari partikel dengan berat spesifik dan kecepatan jatuh yang sama pada cairan sedimentasi dan temperatur yang sama pula.

c. Diameter nominal (Dn), adalah diameter bulat suatu partikel dengan volume yang sama (dimana volume=1/6(Dn3)

Secara garis besar skala butiran adalah sebagai berikut:

- boulders: 4000 250 mm

- cobbles: 250 - 64 mm

- gravel: 64 2 mm

- sand: 2000 62 (

- silt: 62 4 (

- clay: 4 - 0.24 (

Penentuan ukuran boulders, cobbles dan gravel dilakukan dengan pengukuran langsung dari pada isi atau beberapa diameter. Gravel dan sand dengan analisa mikroskopik atau cara sedimentasi.Tabel 2.1. America Geophysical Union (AGU) grade scale for particle sizesSizesClass

MillimeteBsMicroNsInches

4000-2000

2000-1000

100-500

500-250

250-130

130-64

64-32

32-16

16-8

8-4

4-2

2.00-1.00

1.00-0.50

0.5-0.25

0.25-0.125

0.125-0.062

0.062-0.031

0.031-0.016

0.016-0.008

0.008-0.004

0.004-0.002

0.002-0.001

0.001-0.0005

0.0005-0.00252000-1000

100-500

500-250

250-125

125-62

62-31

31-16

16-8

8-4

4-2

2-1

1-0.5

0.5-0.24160-80

80-40

40-20

20-10

10-5

5-2.5

2.5-1.3

1.3-0.6

0.6-0.3

0.3-0.16

0.16-0.08Very large boulders

Large boulders

Medium boulders

Small boulders

Large cobbles

Small cobbles

Very coarse gravel

Coarse gravel

Medium gravel

Fine gravel

Very fine gravel

Very coarse sand

Coarse sand

Medium sand

Fine sand

Very ine sand

Coarse silt

Medium silt

Fine silt

Very fine silt

Coarse clay

Medium clay

Fine clay

Very fine clay

2.2.3. Kerapatan, Berat Spesifik, Konsentrasi dan Kecepatan Endapan

1. Rapat Massa (Density )

Pada umumnya sedimen berasal dari desintegrasi atau dekomposisi dari batu- batuan, baik yang diakibatkan oleh angin atau air. Suatu misal: clay adalah fragmen-fragmen dari feldspar dan mika, silt adalah silikat, pasir adalah kwarts. Kerikil adalah pecahan-pecahan yang cukup berarti dari batu-batu asal. Boulders adalah segala komponen dari batu asal (batu-batu besar).

Rapat massa butiran-butiran sedimen (< 4 mm) umumnya tidak banyak berselisih. Rapat massa rata-rata dapat diambil (s = 2650 kg/m3 hal ini dikarenakan kwarts adalah yang paling banyak terdapat dalam sedimen alam. Bila dinyatakan sebagai spesific grafity (s), maka besarnya = 2,65. Untuk clay, ( berkisar antara 2500 - 2700 kg/m3.

2. Berat Spesifik (Specific Grafity)Berat spesifik adalah perbandingan gaya gravitasi antara benda dan air pada volume yang sama. Simbol berat spesifik adalah s dimana s = (/(w = ( /(w.3. Konsentrasi

Menurut AGU ( American Geophysical Union ) material pasir mempunyai ukuran butiran antara 0,062 sampai 2,000 mm. Dari data material dasar sungai serta material suspended yang terangkut dapat disimpulkan bahwa sebagian besar material dasar sungai berupa pasir, yaitu sekitar 80 % dari seluruh material dasar sungai. Material suspended yang terangkut sebagian besar juga merupakan material pasir, yaitu sekitar 90 %. Dengan demikian material dasar sungai yang ada dapat dikatakan mempunyai agihan butiran yang sama dengan agihan butiran material suspended yang terangkut, yaitu sebagian besar berupa material pasir.

Borland dan Maddock dari USBR telah menyediakan sebuah tabel untuk memperkirakan besar angkutan bed load dengan berdasarkan besar konsentrasi suspended loadnya.Tabel 2.2. Jumlah angkutan sedimen setahun

SedimenSub basinAliran masuk

Suspended loadBed loadJumlah

( 10 6 ) m3/th( 10 6 ) m3/th( 10 6 ) m3/th

s.b Brantas

s.b Lesti

Sengguruh0,82

1,34

2,160,41

0,27

0,681,23

1,61

2,84

Dari tabel 2.2. dapat dilihat bahwa angkutan bed load untuk sungai Brantas sebesar 50 % dari jumlah suspended load yaitu 0,41 juta m3/th, sedangkan yang terjadi pada sungai Lesti besarnya 20 % dari jumlah suspended load, sehingga jumlah bed load yang terangkut 0,27 juta m 3/th. Nilai 50 % serta 20 % kecuali berdasarkan konsentrasi sedimen suspended load, data material dasar sungai dan material suspended nilai tersebut diambil dengan mempertimbangkan keadaan penampang kedua sungai tersebut, karena pada umumnya sungai dangkal yang lebar akan membawa bed load lebih besar bila dibandingkan dengan sungai dalam yang sempit.

4. Kecepatan Endap (Settling Velocity)

Kecepatan endap (w) sangat penting dalam masalah suspensi dan sedimentasi. Kecepatan arus kritis untuk menggerakkan butiran di dasar serta perkembangan konfigurasi dasar sungai sering dihubungkan dengan kecepatan endap. Kecepatan ditentukan oleh persamaan keseimbangan antara berat butir dalam air dan hambatan selama butir mengendap.

Berat butir di air = gaya hambatan

= gaya berat

= gaya hambatan

dengan :

W = kecepatan jatuh butiran

CD = koefisien hambatan (drag coeffisien)

= (s-w)/w

2.2.4. Distribusi Frekuensi Ukuran Butiran Sedimen

Dari penyaringan atau distribusi ukuran butiran sedimen yang dapat diperoleh biasanya dinyatakan dengan hubungan distribusi antara persen berat dan ukuran butiran. Distribusi ukuran butiran kumulatif dari hampir semua sedimen dapat digunakan pendekatan distribusi log normal.

Distribusi log normal akan memberikan garis lurus jika kertas probabilitas logaritma digunakan.

Dari definisi ukuran komulatif dalam bentuk diameter dapat didefinisikan (Breuser, H.N.C: 1979) :

dengan :

pi= butiran dengan diameter Di

Di= rata-rata geometrik batas ukuran dari butiran yang dapat juga dinyatakan dengan Dp bila menunjukkan diameter campuran dengan syarat P % lebih kecil Dp.

Dm= diameter tengah.

Nilai distribusi rerata geometrik diameter adalah (Breuser, H.N.C: 1979) :

Dg = D84 . D16

Yang nilainya menyamai Dm untuk distribusi log normal.

Standar deviasi geometri (Breuser, H.N.C: 1979) :

Dalam literatur geologi dalam satuan

= - 2 log D ( D dalam mm )

( 1 mm ) = 0

( 0,5 mm ) = 1 , dan lain-lain.

Sehingga standar deviasinya dalam satuan = 0,5 (16 - 84 )

2.3. Permulaan Gerak Butiran

2.3.1. Umum

Air yang mengalir pada permukaan sedimen mengerjakan gaya pada butiran yang cenderung menggerakkannya. Gaya yang menahan gaya yang ditimbulkan oleh air yang mengalir berbeda-beda sesuai dengan ukuran butira dan distribusi ukuran pada sedimen.

Untuk sedimen kasar misalnya pasir dan kerikil, gaya penahan gerakan terutama disebabkan oleh berat partikel. Sedimen halus yang mengandung sedikit lumpur atau tanah liat ataupun keduanya, cenderung bersifat kohesif dan menahan gerakan dengan gaya kohesinya daripada dengan gaya berat butir secara individu.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada sekelompok sedimen atau butiran halus akan digerakkan sebagai satu kesatuan, sedangkan pada sedimen kasar yang bersifat non kohesif digerakkan sebagai butiran-butiran yang bebas.

Bila gaya hidrodinamik bekerja pada suatu butiran dari sedimen atau agregat dari partikel sedimen non kohesif telah mencapai suatu nilai yang bila bertambah sedikit saja akan menyebabkan partikel atau butiran bergerak, dikatakan sebagai keadaan kritis. Bila kondisi kritis tersebut mencapai suatu nilai atau besaran sebesar gaya geser dasar saluran, maka kecepatan rata-ratanya telah mencapai kondisi kritis. Pada kondisi ini aliran berkompeten untuk menggerakkan butiran sedimen.

2.3.2. Dasar Teori

Pada sekelompok sedimen atau butiran halus akan digerakkan sebagai satu kesatuan, sedangkan pada sedimen kasar yang bersifat non kohesif digerakkan sebagai butiran-butiran yang bebas.

Apabila gaya hidrodinamik bekerja pada suatu butiran dari sedimen atau agregat dari partikel sedimen non kohesif telah mencapai suatu nilai yang bila bertambah sedikit saja akan menyebabkan partikel atau butiran bergerak, dikatakan sebagai keadaan kritis. Bila kondisi kritis tersebut mencapai satu nilai/besaran sebesar gaya gesek dasar saluran, maka kecepatan rata-ratanya telah mencapai kondisi kritis. Pada kondisi ini aliran berkompeten untuk menggerakkan butiran sedimen.

Pada awal gerak butiran gaya yang ditumbulkan oleh aliran air adalah seimbang dengan gaya hambatan dari butiran atau sedimen dasar. Untuk butiran sedimen kohesif, parameter penting didalam menetukan awal gerak sedimen adalah konsentrasi atau rapat massa dari endapan dasar.

Definisi dari awal gerak sedimen :

1. Bila satu partikel telah bergerak

2. Bila sedikit partkel telah bergerak

3. Bila sebagian partikel telah bergerak

4. Bila ( = (cr dimana penangkapan sedimen (qb) = 0

Untuk material sedimen kasar (pasir dan batuan), gaya-gaya aliran tersebut diimbangi oleh berat butiran sedimen, sedangkan untuk sedimen halus (lanau dan lempung) diimbangi oleh kohesif butiran. Pada waktu gaya-gaya aliran (gaya hidrodinamik) yang bekerja pada partikel sedimen mencapai suatu harga tertentu dimana bila gaya tersebut sedikit ditambah akan menyebabkan butiran sedimen bergerak (kondisi kritik).

Dalam membahas gerak butiran digunakan beberapa dasar teori yang diantaranya adalah :1. Teori White

White (1940) memberikan perumusan mengenai keseimbangan partikel (butiran) di dasar sungai. Pernyataanya adalah bahwa gaya ganggu (disturbing force) yang merupakan reultan gaya seret (drag force) dan gaya angkat (lift force) akan sebanding dengan tegangan geser dasar (bottom shear stress) sungai dan luas permukaan partikel (D2), dan gaya tahan gravitasi sebanding dengan berat partikel di dalam air.

().g.D3

partikel akan diam (seimbang) jika :

< C ().g.D3 .(2-5)

dengan :

=

= kerapatan butiran

= kerapatan air

g = percepatan gravitasi

D = diameter partikel

H = tinggi air

I = kemiringan dasar sungai

C = konstanta yang tergantung dari kondisi aliran, bentuk partikel dan posisi partikel terhadap partikel lainnya

Kondisi aliran berdekatan dengan dasar sungai sebanding dengan besarnya partikel dan berbanding terbalik dengan viskositas lapisan aliran yang dirumuskan dengan :

Re* =

(2-6)dengan :

= kecepatan rata-rata

U* = kecepatan geser sub-layer

D = diameter partikel

v = viskositas air

Re* = bilangan Reynold

h = tinggi air

2. Keseimbangan Kritis

Keseimbangan kritis adalah keseimbangan batas pada saat akan mulai terjadi gerakan. Semua tori selain White didasarkan pada pertimbangan bahwa gaya seret berkaitan dengan kecepatan aliran, dengan keseimbangan kritis yang dirumuskan dengan :

= ..(2-7)

dengan :

= gaya seret kritis

= kecepatan geser kritis

D = diameter butiran

=

Shield (1936) telah mengadakan penyelidikan yang sistematis terhadap hubungan antara ,, dan mendapatkan kesimpulan bahwa :

=

=

= f

= f (Re*)..(2-8)2.3.3. Analisa Sedimen Non Kohesif

Stabilitas dari partikel non kohesif pada dasar saluran tergantung pada gaya gerak seperti : submerged weight, drag force dan lift force.Pada kondisi equilibrium :

Fb = Ga

atau :

CF1/2. . Ub2 . 0,25 D2 . b = /6 D2 . (s-w) . g . aUb proportional dengan kecepatan geser U* = (0/w)1/2Perbandingan ini tergantung pada kekasaran dan viskositas.Hubungan tersebut dapat ditulis :

dimana tergantung dari bentuk partikel, profil kecepatan dan lain sebagainya.

2.3.4. Stabilitas Sedimen (Butiran Dasar)

Penentuan stabilitas batuan diperlukan dalam pekerjaan seperti : pekerjaan pembuatan dam, perlindungan dasar saluran dan lain sebagainya.

Beberapa peneliti memberikan rumus pendekatan untuk menentukan ukuran batuan guna mencapai kestabilannya, yaitu :

1. Shields

Shields memberi angka keamanan dengan parameter = 0,03 dan ks = 2D yang memperlihatkan pada kekasaran batuan yang besar ( = intensitas pengaliran dan ks = kekasaran batuan). Dengan kedua parameter tersebut didapatkan hubungan sebagai berikut :

dengan :

= kecepatan kritis rata-rata (m/dt)

h = kedalaman aliran (m)

D= diameter material (m)

g = percepatan gravitasi (m/dt2) = (s w)/ws = rapat massa material (kg/m3)

w= rapat massa air (kg/m3)

2. Goncharov

Goncharov memberikan persamaan sebagai berikut :

untuk batuan diam

untuk keadaan kritis

3. Levi

Levi memberikan persamaan sebagai berikut :

4. Isbach

Isbach (1935) memberikan hubungan empiris dengan mengabaikan harga h/D untuk stabilitas batuan pada dasar sebagai berikut :

Ucr = 1,2 (2 g D)1/2 = 1,7 ( g D)1/2Sedangkan untuk kecepatan kritis batuan pada puncak dam adalah :

Ucr = 0,86 (2 g D)1/2 = 1,2 ( g D)1/2

5. Maynord

Maynord (1978) memberikan persamaan empiris sebagai berikut :

D50 = 0,22 Fr3

Fr = U / (g.h)1/2

2.4. Metode Pengukuran dan Perhitungan Angkutan Sedimen

Setiap sungai membawa sejumlah sedimen terapung (suspended load) serta menggerakkan partikel-partikel padat sepanjang dasar sungai sebagai muatan dasar (bed load). Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil sedimen (sedimen yield) dari suatu daerah aliran sungai adalah :1. Jumlah dan intensitas curah hujan

2. Tipe tanah dan formasi geologi

3. Lapisan tanah

4. Tata guna lahan

5. Topografi

6. Jaringan sungai, yang meliputi : kerapatan sungai, kemiringan, bentuk, ukuran dan jenis saluran.

2.4.1. Metode Pengukuran Angkutan Sedimen

Sebagaimana diketahui bahwa dalamnya air (h) dan kemiringan dasar sungai akan menghasilkan tekanan dasar yang dirumuskan dalam bentuk : (o = (w .ghI.

Banyaknya rumus yang dapat digunakan untuk menghitung ankutan sedimen sejak Du Boys (1879) menyajikan hubungan gaya seretnya (tractive forcerelation). Masalah yang sering dihadapi adalah dalam memilih satu atau beberapa rumus yang sesuai untuk dipakai dalam memecahkan suatu masalah. Pemilihan ini tidak dapat secara langsung dilakukan selama hasil dari beberapa formula yang digunakan menunjukkan perbedaan yang besar. Oleh karena itu, penetapan rumus yang akan digunakan harus terlebih dahulu dibandingkan dengan hasil observasi langsung debit sedimen di sungai yang akan ditinjau.

Intensitas angkutan sedimen total pada suatu penampang sungai atau saluran adalah banyaknya sedimen yang lewat pada penampang tersebut per satuan waktu (dapat dinyatakan dalam berat : N/det atau volume per satuan waktu : m3/det). Intensitas total dari suatu angkutan dianggap sebagai penjumlahan antara angkutan bed load dan angkutan suspended load: Ttot = Tb + TsUntuk perhitungan angkutan sedimen ini kita harus mengadakan faktor koreksi yang disebut ripple factor () dimana :

keterangan :

=C=intensive friction factor

=C=transport friction factor1. Angkutan material di dasar sungai (bed material transport)Yang dimaksud bed material yang akan dibahas disini adalah bed load dan suspended load. Kedua muatan sedimen ini dipengaruhi oleh proses erosi dan deposisi. Dari hasil pengamatan di lapangan dan beberapa percontohan telah diketahui bahwa hubungan antara angkutan sedimen dengan keadaan aliran di dasar sungai adalah tekanan geser dasar (bed shear test) yang terdiri dari form drag dan roughness drag. Dari kedua pengamatan tersebut telah diketahui pula bahwa proses pengangkutan dan keadaan aliran sangat tergantung dari roughness drag, sedang form drag sama sekali tidak berperan.Kedalaman air (h)dan kemiringan dasar sungai akan menghasilkan tekanan dasar

yang dirumuskan dalam bentuk : 0 = w . g . h .IIntensitas angkutan sedimen total pada suatu penampang sungai/saluran adalah banyaknya sedimen yang lewat pada penampang tersebut per satuan waktu (dapat dinyatakan dalam berat : N/dt atau volume pe rsatuan waktu : m3/dt). Intensitas total dari suatu angkutan dianggap sebagai penjumlahan antara angkutan bed load dan angkutan suspended load :

Ttotal = Tb + TsUntuk perhitungan angkutan sedimen ini kita harus mengadakan factor koreksi yang disebut Ripple Faktor (), yaitu :

= / = (C/C)3/2dengan :

= C = friction factor intensif = C = friction factor angkutan2. Bed load

Dalam menghitung angkutan sedimen kesulitannya tidak ada aturan tertentu, sehingga kita mengikuti aturan-aturan yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Secara umum intensitas angkutan sedimen dirumuskan sebagai berikut :

= S/(g..D3)1/2Dengan :

S = volume angkutan teoritis

D= diameter butiran

= (s w)/w

Konversi total volume : S/(1-) sebagai hasil akhir.

dengan :

= porositas

Intensitas pengaliran :

= U*2 / gD

(nilai efektif dari )

Suatu formulasi yang lengkap tentang gerak bed load harus mencakup semua variable dari pada pengaliran dan sedimen. Akan tetapi umumnya rumus-rumus tidaklah demikian. Sebagian besar rumus-rumus menggunakan parameter yang menentukan keadaan batas dimana tidak terjadi angkutan, misalnya :

1. t0 t (tegangan super kritis)

2. Q0 Qc (debit kritis)

3. U0 Uc (kecepatan kritis)

3. Suspended loadSuspended load dapat dicari dengan mengukur Uz dan Cz (konsentrasi suspended load) yang dirumuskan sebagai berikut :

dengan :

Cz = konsentrasi suspended load

Uz= kecepatan aliran pada z2.4.2. Metode Perhitungan Angkutan Muatan Layang (Suspended load)

Muatan layang (suspended load), yaitu partikel yang bergerak dalam pusaran aliran yang cenderung terus menerus melayang bersama aliran. Ukuran partikelnya lebih kecil dari 0,1 mm. (Priyantoro,Dwi:1987)

Muatan layang tidak berpengaruh terhadap alterasi, tetapi dapat mengendap di muara-muara sungai ataupun dasar waduk yang dapat menimbulkan pendangkalan dan akhirnya menyebabkan berbagai masalah.

Transportasi suspended load dapat dimengerti secara mudah dan dapat digambarkan dengan metode teoritis, didasarkan pada teori turbulen dan metode yang sangat bagus yang telah ada untuk menghitung distribusi relatif konsentrasi suspended load yang melebihi kedalaman saluran. Kapasitas suspended load telah diformulasikan oleh Van Rijn (1984) sebagai berikut (Pilarczyk,1995 : 92) :

Pada saat transportasi suspended dengan ketidakakuratan sampai 25 dapat digunakan rumus sebagai berikut (Pilarczyk,1995 : 92) :

Ss = F . U . h . Ca

dengan :

zo= 0.033 ks , ks = tinggi kekasaran equivalen Nikuradze

U= kecepatan aliran rata-rata

h= kedalaman aliran

Ca= konsentrasi referensi

dengan a = ks atau a = 0,5 f

Z` = jumlah suspansi yang dimodifikasi

= Z + (Secara sederhana rumus Van Rijn diformulasikan sebagai berikut (Pilarczyk,1995:95) :

Untuk parameter partikel karakteristik (D0)

Dalam perhitungan transportasi suspended load oleh Pacheco Ceballos (1989) diformulasikan secara empiris sebagai berikut (Pilarczyk,1995 : 97) :

untuk a 2Ddengan :

U= kecepatan aliran

I= slope dasar saluran

(m= densitas sedimen dalam air (kg/m3)

(= densitas air

bf= faktor bentuk dasar saluran

Ub= kecepatan pada dasar saluran

as= ketebalan teoritis dari lapisan suspended

(= kecepatan jatuh (m/s)

u*= kecepatan geser dasar (g.h.I)0.5

k= konstanta Von Karman

Muatan layang (suspended load) dapat juga dihitung dengan menggunakan metode USBR (United State Bureau Reclamation) dimana untuk menghitung angkutan muatan layang, diperlukan pengukuran debit air (Qw) dalam m3/det, yang dikombinasikan dengan konsentrasi sedimen (C) dalam mg/l, yang menghasilkan debit sedimen dalam ton/hari dihitung dengan persamaan (Strand, 1982 : 7):

Qs = 0,0864 C.QwDari perhitungan, dibuat lengkung aliran sedimen yang merupakan garis regresi antara angkutan sedimen dan debit air dengan persamaan :

Qs = a.QwbUntuk menghitung nilai sedimen muatan layang digunakan metode perhitungan antara lain :1. Pendekatan Einstein

x=di dapat grafik S23.a

dengan :

z=jarak titik penyelidikan terhadap dasar sungai

Wo=kecepatan endap butiran suspensi

U*= keceepatan geser

Untuk mencari nilai I1 dapat dilihat pada grafik S17.a dan I2 pada grafik S17.b melalui hubungan nilai AE dan z.2. Pendekatan Lane dan Kalinske

dengan :

a = batas terjadinya suspensi

Jika d = y

dengan :

Ca = konsentrasi dalam satuan berat kering

C=konsentrasi sedimen suspensi

=koefesien transfer/difusi

2.4.3. Metode Perhitungan Angkutan Muatan Dasar (Bed Lload)

Muatan dasar (bed load), adalah partikel yang bergerak pada dasar sungai dengan cara berguling, meluncur,dan meloncat. (Priyantoro, Dwi:1987).

K1 K2

1 2

Gambar 2.1 Bed Load atau Muatan Dasar

bila K1 < K2 ------ Penggerusan

bila K1 = K2 ------ Seimbang

bila K1 > K2 ------ Pengendapan

Muatan dasar keadaannya selalu bergerak, oleh sebab itu pada sepanjang aliran dasar sungai selalu terjadi proses degradasi dan agradasi yang disebut sebagai Alterasi Dasar Sungai.

Transportasi bed load selalu dihitung dengan rata-rata jumlah yang besar dengan rumus yang berbeda, dimana semua rumus tersebut tanpa pengecualian yang sudah menjadi sifat keempirisannya. Pengukuran transportasi bed load dilapangan sangat tidak dapat dipercaya, terutama pada debit yang tinggi, saat banyak bed load yang berpindah. Sebaliknya, tes aliran di laboratorium dengan transportasi bed load mudah membandingkan tingkah lakunya, dan eksperimen aliran dalam jumlah sangat banyak telah dilakukan di segala tempat. Konsekuensinya, semua rumus yang ada harus disesuaikan atau dikalibrasi dengan tes aliran di laboratorium, tanpa menguji pada kondisi lapangan.

Beberapa metode formulasi untuk menghitung jumlah transportasi muatan dasar telah dikembangkan oleh beberapa peneliti dari tahun ke tahun. Formula muatan dasar ini didasarkan pada prinsip bahwa kapasitas aliran sedimen transport sepanjang dasar bervariasi secara langsung dengan perbedaan antara shear stress pada partikel dasar dan shear stress (tegangan geser) kritis yang diijinkan untuk partikel yang bergerak. Beberapa formula terdahulu, seperti Schoklitsch (1934) dan Meyer Peter Muller (1948) didasarkan pada hasil eksperimental yang minim. Banyak formula baru seperti einstein (1950) mempunyai latar belakang semi teoritis, teori statistik dan probabilitas yang dipakai sebagai dasar pembentukan formula dan eksperimental dipakai guna elevasi berbagai konstanta.1. Formula Skotlish dapat dinyatakan sebagai :

G = 43,2 B dengan :

G= Bed load transport (ton/hari)

B= lebar sungai (feet)

Di= Diameter rata-rata geometrik dari fraksi sampel individu (mm)

S= Hidrolik gradient

q= Debit persatuan lebar (cfs/foot)

qoi= 0.00021 Di/ S4/3

Aplikasi formula ini akan menghasilkan estimasi dari rata-rata debit muatan dasar untuk suatu debit untuk beberapa debit formula tersebut juga menghasilkan sebagian beban pasir pada zone yang tidak terukur.2. Rumus Meyer-Peter and Muller (MPM)

dengan :

=ripple factor

qb=berat angkutan sedimen dasar dalam air per satuan waktu lebar sungai (kg/m.dt)

dm=diameter median

Volume sedimen padat :

(m3/m.dt)

Dalam keadaan kritis qb= 0, = 1 rumus MPM menjadi :

Persamaan MPM ini diperoleh dari range data yang lebar

3. Rumus Frijlink

Frijlink mengusulkan :

dengan :

C = Koefisien Chezy total

Cd90 = Koefisien Chezy karena kekasaran

Atau untuk beberapa penelitian nilai dapat dilihat di grafik S10Tb= Intensitas bed load dalam volume sedimen padat /lebar/waktu (m3/m.dt)

Penyelesaian rumus Frijlink juga bisa dengan cara grafis S9Langkah-langkah perhitungan :

1. Data-data teknis (s, w, d, R h, I)

2. Tentukan nilai dengan :

Rumus atau grafik S10

3. Hitung nilai

4. Dari grafik S9 diperoleh nilai

5. Intensitas angkutan sedimen :

4. Rumus Einstein

Parameter tak berdimensi :

dengan :

= ripple factor = Rumus Frijlink (S10)

Tb = intensitas transpor bed load dalam berat sedimen padat / lebar / waktu (N/m.dt)

Pendekatan Einstein :

1. Diameter yang mewakili d = d35

2.Untuk kekasaran dasar k = d65Sehingga :

3. Penyelesaian rumus Einstein juga bisa dengan cara grafis (S7)5. Rumus Kalinske (1947)

Kalinske mengasumsikan bahwa butiran terangkut dalam suatu lapisan dengan ketebalan D dan kecepatan seketika pada butiran Ug, adalah :

dengan :

Uo=kecepatan seketika pada permukaan butiran

Ucr=kecepatan kritis cairan pada saat butiran mulai bergerak

Distribusi normal untuk Uo diasumsikan :

Dengan mengambil jumlah butiran per unit luas dan Ug pada perbandingan rata-rata dari gerakan partikel dengan berat kering per unit lebar dan waktu, maka :

dengan :

P = 0,35 b = 1,06. Rumus Shields (1937)

dengan:

q = debit air / lebar

= (s w) / w

0 = tegangan gesek = w.g.R.I = w.U*2 c = tegangan gesek kritik S.37. Rumus Van Rijn

Secara empiris rumus transportasi oleh Van Rijn (1984) telah diformulasikan dalam bentuk (Pilarczyk,1995 : 94) :

dengan :

T= parameter taraf transportasi

D*= parameter partikel karakteristik

Secara sederhana Van Rijn (1984) membuat rumus sederhana untuk menghitung transportasi sedimen bed load dalam bentuk (Pilarczyk,1995 : 95) :

Dengan kecepatan aliran rata-rata kritis dihitung dengan rumus :

dengan :

Sb= Bed Load Sedimen

Rb= Radius Hidrolis (m)

U= kecepatan aliran rata-rata (m/dt)2.4.4. Metode Perhitungan Angkutan Total (Total Load)

Total load adalah jumlah dari bed load dan suspended load. Beberapa rumus pendekatan yang telah dibuat oleh para ahli adalah sebagai berikut :

1. Shinohara dan Tsubaki (1959)

Parameter yang digunakan :

S = ( . g . D503)1/2 = 25 ()1,3(-0,038)

= R 1/D50 = (C/C)3/2

C= 18 log 12R/D90

dengan :

S= volume total angkutan sedimen (m3/dt/m)

= intensitas angkutan sedimen

= gaya geser

= ripple factor

C= koefisien chezy (m1/2/dt)

D= diameter butiran (mm)

= (s w)/w

2. Engelund dan Hansen

Parameter yang digunakan :S = ( . g . D503)1/2=0,1f-12,5=/=RID50f= /(1/2..U2) = 2 g /C2

dengan :


= kecepatan rata-rata (m/dt)

R= jari-jari hidrolis (m)


I= kemiringan dasar sungai3. Achers dan White


S =

Ggr= C (Fgr / A 1)mFgr = {U*n.(U*)1-n}/(.g.D50)1/2U*= (g . R . I)1/2U*=

Dgr=

Dengan :


U*= kecepatan geser (m/dt)

= kecepatan rata-rata (m/dt)

= kekentalan kinematis air (kg/m.dt)

Fgr= tingkat angkutan sedimen tak berdimensi

Dgr= angka mobilitas sedimen

C,A,m,n = parameter yang berhubungan dengan harga DgrC=

A= 0,23/(Dgr)1/2 + 0,14

m= 9,66/Dgr + 1,34

n= 1 0,56 log10 Dgr 4. Kikawa Ashida


S= (0,5297 0 . U*)/ g w

0= w . g . R . I

U*= (g . R . I)1/2U*2= 0/w = g.R.Idengan :


U*= kecepatan geser (m/dt)

w= kerapatan air = 1000 kg/m3R= jari-jari hidrolis (m)


I= kemiringan dasar sungai

= (s w)/w

5. Sato Kikawa Ashida


S= U*2 F (0/cr)/ g

= 0,623

(untuk n > 0,025)

=0,623 (40 n)-3,5

(untuk n < 0,025)

0= w . g . R . I

U*= (g . R . I)1/2dengan :

S

= volume total angkutan sedimen (m3/dt/m)

U*

= kecepatan geser (m/dt)

0

= tegangan geser (N/m2)

cr

= tegangan geser kritis (N/m2)

n

= koefisien kekasaran Manning

F (0/ cr) = fungsi yang berhubungan dengan F dan (0/ cr)

Total volume angkutan sedimen dalam jangka waktu tertentu pada selebar penampang sungai dapat dihitung dengan rumus :

ST = 1/(1-). B . S . T

dengan :

= porositas (biasanya diambil = 0,4)


B= lebar penampang ungai (m)

T= jangka waktu

Untuk tujuan perencanaan pendahuluan informasi pada tabel 2.3 dapat dipakai untuk mengestimasi jumlah/besarnya koreksi muatan dasar yang dipakai untuk melengkapi perhitungan muatan total (total load)Tabel 2.3. Jumlah Koreksi Muatan DasarConcentration dari muatan yang mengambangTipe material yang membentuk bagian sungaiTekstur dari material yang mengambangPersen muatan dasar dalam pengukuran muatan mengambang

Kurang dari 1,000PasirSerupa dengan material dasar25 sampai 150

Kurang dari 1,000Kerikil,batu, atau campuran lempungDengan jumlah sedimen pasir5 sampai 12

1,000 sampai 7,500PasirSerupa dengan material dasar10 sampai 35

1,000 sampai 7,5000Kerikil,batu, atau campuran lempung25 % pasir atau kurang5 sampai 12

Lebih dari 7,500PasirSerupa dengan material dasar5 sampai 15

Lebih dari 7,500Kerikil,batu, atau campuran lempung25 % pasir atau kurang2 sampai 8

Jika rata-rata gerakan sedimen yang tidak terukur telah ditentukan untuk beberapa debit kurva rata-rata muatan dasar dapat digambar dan dihitung sama seperti gambar dan hitungan yang dipakai untuk debit muatan dasar.2.5. Debit Inflow

Sampling merupakan metode tertentu untuk mendapatkan keakuratan sedimen yang dibawa oleh aliran air pada lokasi tertentu, dan merupakan metode untuk menentukan inflow sedimen ke waduk.

Ada dua macam pengumpulan data sedimen suspended (terbuang) yaitu berkala dan harian. Koleksi dan analisis sampel sedimen merupakan proses yang mahal dan sampel harian menghasilkan sebagian besar duplikasi pada aliran dasar. Oleh karena itulah program pengumpulan sampel berkala dan campuran adalah lebih umum. Hasil dari program pengumpulan jenis koleksi yang lain dipakai untuk mengembangkan koleksi antara muatan sedimen (sediment load) dan debit air. Korelasi ini umumnya ditunjukkan sebagai kurva rata-rata sedimen. Data secara normal diplot pada kertas logaritmis, dengan debit sedimen sebagai absis dan debit air sebagai ordinat. Kemudian suatu garis yang mendekati digambar melalui titik-titik yang diplot, atau dapat juga dibuat persamaan secara matematis dengan metode-metode yang telah ada, misalnya metode least square (umumnya persamaannya adalah Qs = a Qb), metode-metode regresi, atau juga dengan interpolasi. Data sampel berkala sering tidak memberikan definisi yang mendekati untuk bagian puncak atau rata-rata transportasi sedimen akibat muatan yang sangat besar terbawa selama periode banjir.

Jika sumber limpasan berasal dari salju maupun angin ribut, hal ini perlu untuk mengembangkan kurva rata-rata sedimen untuk tiap musim. Limpasan dari angin ribut dapat membawa konsentrasi sedimen yang lebih besar dari kurva rata-rata musiman untuk 19 tahun.

Debit air yang tercatat pada stasiun pengukur biasanya tersedia untuk periode yang lebih lama dan lebih lengkap daripada data sedimen. Data-data ini secara normal dipakai untuk membuat kurva durasi aliran, yang sebenarnya merupakan frekuensi kumulatif yang menunjukkan prosentase waktu dimana debit spesifik disamakan dalam suatu periode yang diberikan. Kurva durasi aliran didasarkan pada satu satuan waktu yang lebih besar dari 1 hari, mempunyai harga yang kecil dalam menyiapkan estimasi muatan sedimen. Untuk menyiapkan kurva durasi aliran, diperlukan pencatatan debit aliran harian, yang kemudian disusun menurut besarnya dan prosentase waktu dimana debit aliran disamakan dengan harga spesifik yang dihitung. Kurva durasi aliran hanya dipakai untuk periode dimana data dipakai untuk mengembangkan kurva, tetapi jika data aliran mewakili aliran batas yang panjang dari aliran, kurva tersebut harus dianggap sebagai kurva probabilitas dan dipakai untuk mengestimasi aliran yang akan datang.

2.5.1. Pembangkitan Data Debit Inflow

Data yang tersedia adalah hasil pengukuran inflow debit sungai bulanan selama lima tahun. Data ini perlu diperpanjang (sampai 30 tahun) hingga cukup panjang untuk mendapatkan data yang memenuhi syarat untuk perhitungan selanjutnya.

Untuk menghasilkan (to generate) suatu urutan nilai dari aliran sintetik suatu sungai ditinjau aliran-aliran yang merupakan hasil dari proses acak (random process). Random process adalah suatu proses yang hasilnya berubah menurut waktu dengan memasukkan faktor probabilitas (Morran:1959). Jadi kita dapat menganggap bahwa setidak-tidaknya suatu ungkapan pendekatan dalam bentuk probabilitas di aman dalam suatu sungai pada tahun berikutnya yang lebih kecil daripada x satuan, adalah p1. Anggapannya adalah aliran yang tepat dapat diramal dan sebenarnya kita tidak akan mencoba untuk mengadakan evaluasi seberapa jauh proses generasian yang sebenarnya akan mengikuti hukum deterministik dan seberapa jauh akan memasukkan faktor probabilitas.

Sekurang-kurangnya dapat diperhitungkan bahwa sungai yang menunjukkan adanya nilai tengah aliran sebesar 10 satuan per tahun sepanjang tahun pencatatan, dan tidak pernah mengalami perubahan-perubahan petaka alami atau perubahanperubahan yang dibuat manusia, kemungkinan besar tidak akan memberikan aliran dengan nilai tengah (mean) 20 satuan per tahun dalam waktu panjang. Dan kemungkinan lebih besar lagi sungai tersebut memberikan nilai tengah aliran yang tetap dekat dengan 10 per satuan per tahun. Lebih dari itu jika sebagian besar aliran dekat dengan 10 satuan dengan aliran-aliran yang jarang terjadi kita dapat berharap dengan probabilitas yang tinggi bahwa aliran berikutnya adalah akn lebih dekat dengan 10 satuan. Jadi kita dapat mengharapkan bahwa tingkat keragaman atau variansi aliran tersebut tetap terpelihara. Karakteristik karakteristik urutan di masa lampau memberikan pertanda untuk aliran dimasa mendatang. Jika aliran tahun ini kecil, meskipun belum pasti mungkin aliran berikutnya akan lebih kecil dari pada nilai tengahnya demikian pula aliran besar cenderung mengikuti aliran besar. Karena itu sejarah dari suatu aliran memberikan informasi yang berharga tentang aliran yang mungkin terjadi di massa datang. Model untuk menggenerasi harus menggunakan informasi tersebut, meskipun pada waktu yang bersamaan kita harus memasukkan komponen acak (random commponent), untuk menggambarkan ketidakmampuan kita untuk meramal urutan aliran di massa datang secara eksak.

Bilangan Random

Data debit historik dan sintetik memiliki urutan tertentu terjadi berdasarkan proses acak, serta terletak dalam interval waktu tertentu. Urutan nilai ini sering disebut rangkaian waktu (time series). Secara umum nilai ke-i dari variabel X yang merupakan anggota dari suatu rangkaian waktu adalah jumlah dari 2 komponen.

Xi = di + ei

Dimana komponen deterministik diperoleh dari nilai parameter-parameternya dan nilai sebelumnya dari proses, seperti Xi+1, Xi+2 dan seterusnya. Komponen bilangan acak adalah er.

Bilangan acak untuk distribusi normal dapat diperoleh dari bilangan acak uniform dengan cara sebagai berikut :

t1 = (u1 + u2 + u3 + + u12) - 6 ; dst.

dengan :

t1 dan t2 : bilangan acak normal

u1, u2, u3 : bilangan acak uniform

Metode lain untuk memperoleh bilangan acak normal dengan persamaan Box Muller, yaitu :

t1 = (-2 ln u1)1/2 . cos (2. .u2)

t2 = (-2 ln u1)1/2 . sin (2. .u2)dengan :

t1 dan t2 : bilangan acak normal

u1,u2 u3 : bilangan acak uniform

Perpanjangan Debit Inflow Bulanan

Untuk membangkitkan data debit dapat digunakan model Thomas-Fiering. Dimana model ini menganggap bahwa setahun terbagi menjadi m musim atau

terdiri dari 12 bulan.

Dianggap bahwa data aliran adalah x1,1, x1,2, , x1,12, x2,1, x2,2, ., xn,12; contoh, indeks pertama menyatakan tahun dimana aliran terjadi dan indeks kedua berjalan secara siklus dari 1 ke 12.

Prosedur perhitungannya :

1. Perhitungan aliran rata-rata untuk tiap bulannya

dengan :

X

= debit rata - rata

n

= jumlah tahun

Xi,b

= data debit pada tahun ke-i. dan bulan ke-b

2. Perhitungan standar deviasi

3. Perhitungan koefisien korelasi antar aliran dalam waktu i. dan waktu i.-1

Persamaan aliran sintetis :

dengan :

qi,b= debit hasil pembangkitan untuk bulan b tahun ke-i.

Xb , Xb-1= rerata debit pada bulan b

rb , rb-1= korelasi untuk bulan b dan bulan b-1

Sdb , Sdb-1= standar deviasi bulan b dan bulan b-1

ti,b = bilangan random bulan b

qi,b-1= debit pada tahun ke-i. dan bulan b-1

2.5.2. Uji Homogenitas Data

Perlu dipastikan tentang keandalan data sebelum dilakukan perhitungan dan analisis. Untuk itu dilakukan pengujian-pengujian secara statistik. Pengujian dilakukan untuk memastikan ketepatannya agar hasil perhitungan itu dapat digunakan untuik proses lebih lanjut.

Pengujian statistik lebih ditujukan untuk menguji parameter-parameternya, antara lain dapat dilakukan dengan membandingkan rerata, variansi, kovariansi, korelasi dan sebagainya. Sedangkan pada pengujian suatu fungsi, diuji keandalan parameter-parameter yang membentuk fungsi tersebut.

Hipotesa yang dirumuskan dengan harapan untuk ditolak disebut hipotesa nol atau dinyatakan dengan Ho. Penolakan Ho mengakibatkan penerimaan hipotesa alternatif yaitu H1. Salah satu analisa variansi yang dapat digunakan disini adalah

1. Uji F (Fisher Test).

Uji analisis pada dasarnya adalah menghitung F score, lalu membandingkan dengan F tabel. Yang diuji adalah ketidaktergantungan (independence) atau keseragaman (homogenitas). Uji analisa variansi dapat bersifat satu arah atau dua arah.

Prinsip uji hipotesis ini adalah membandingkan variansi gabungan antara kelompok sampel (variance between group) dengan varian kombinasi seluruh kelompok (variance between group).

Dengan :

S12=variansi sampel 1 (debit historis) = S22=variansi sampel 2 (debit sintetis) = Harga F kritis = (n1-1, n2-1) dengan :

n1=jumlah sampel 1 (debit historis)

n2=jumlah sampel 2 (debit sintetis)

Ho diterima jika harga F hitung < F kritis

Ho ditolak jika harga F hitung > F kritis

Untuk pengaman selanjutnya akan digunakan uji F dengan analisa variansi yang bersifat dua arah, dengan hipotesa sebagai berikut :

Hipotesa 1 : Ho = hujan homogen dari bulan ke bulan

H1 = hujan tidak homogen dari bulan ke bulan

Hipotesa 2 :Ho = hujan homogen dari tahun ke tahun

H1 = hujan tidak homogen dari tahun ke tahun

Ada dua F score dihitung dengan rumus-rumus berikut :

F1 =

F2 =

dengan :

Xi: harga rata-rata untuk bulan j

Xj: harga rata-rata untuk tahun j

X: harga rata-rata untuk keseluruhan

Xij: pengamatan untuk bulan j pada tahun j

n: banyak pengamatan perbulan (tahun)

k: banyak bulan

2. Uji T

Uji T termasuk jenis uji untuk sampel kecil. Sampel kecil adalah dimana ukuran sampel n < 30. Untuk mengetaui apakah 2 sampel x1 dan x2 berasal dari populasi yang sama, maka dihitung t score dengan rumus :

dengan : = rerata dari sampel x1

= rerata dari sampel x2

s1= simpangan baku dari sampel x1

s2 = simpangan baku dari sampel x2

N1= ukuran dari sampel x1

N2= ukuran dari sampel x2Hipotesa :

H0: sampel x1 dan x2 berasal dari populasi yang sama

H1: sampel x1 dan x2 tidak berasal dari populasi yang sama

Harga t tabel dicari pada tabel distribusi student's untuk derajat bebas=N1 +N2 -2 dan = (Level of Significance) misal 5%. Apabila t score ,< t tabel, maka H0 diterima, dan jika sebaliknya maka H0 ditolak.

2.5.3. Kurva Durasi Aliran

Untuk mendapatkan gambaran mengenai hubungan antara pengaliran dan waktu, digunakan "duration curve". Untuk menyusun duration curve, harga-harga pengamatan peristiwa hidrologis disusun menurut urutan besar menurun. Persentasi waktu yang pada tiap harga tadi disamai atau dihitung. Digambarkan pada grafik, dengan harga-harga pengamatan sebagai ordinat dan persentasi waktu yang bersangkutan sebagai absis akan didapatkan kurva durasi.

Dilihat dari segi statistik, kurva durasi merupakan suatu lengkung frekuensi kumulatif dari suatu seri waktu kontinyu yang menunjukkan lama waktu relatif dari berbagai besaran. Pada suatu kurva durasi didapatkan jumlah waktu yang menunjukkan volume aliran yang menyamai atau kurang dari yang ditunjukkan oleh absisnya. Yang lebih baik untuk digunakan ialah kurva durasi yang menunjukkan banyaknya peristiwa yang volume alirannya menyamai atau melebihi suatu volume aliran tertentu. Untuk skala waktu banyak digunakan persentasi waktu. Dengan cara ini, untuk setiap persentasi waktu dapat segera diketahui besarnya volume aliran yang tersedia. (Ir. Iman Subarkah , Hidrologi Untuk Perencanaan Bangunan Air, 1980).

Gambar 2.2. Kurva Durasi Aliran2.6. Waduk

2.6.1 Umum

Pembangunan waduk adalah salah satu wujud dari usaha memenuhi kebutuhan air. Persediaan yang ada di waduk antara lain direncanakan untuk berbagai keperluan. Dalam pembangunan waduk yang paling diperhatikan adalah analisa tentang produksi dan kapasitas. Produksi adalah jumlah air yang dapat disediakan oleh waduk dalam jangka waktu tertentu. Dari produksi waduk yang direncanakan tersebut dapat ditetapkan seberapa besar kapasitas waduk yang diperlukan untuk dapat memenuhi kebutuhan dengan keandalan tertentu. Hal ini digunakan untuk keperluan perencanaan waduk.

Untuk keperluan operasi, hubungan antara kapasitas dan produksi diartikan sebagai besarnya kebutuhan yang dapat dilayani tiap satuan waktu sesuai dengan kapasitas yang ada. Pengkajian hubungan antara kapasitas dan produksi disebut penelaahan operasi. Penelaahan operasi yang dapat mengungkapkan karakteristik waduk berdasarkan kondisi musim keanekaragaman kebutuhan diperlukan suatu simulasi. Simulasi pengoperasian waduk dipakai untuk jangka waktu tertentu berdasarkan aturan yang ditetapkan.

Metode simulasi dan kurva massa digunakan untuk mencari kebutuham air serta melakukan analisis kapasitas waduk, sehingga dari hitungan ini dapat ditetapkan cara operasi optimal dengan meninjau hubungan antara ketersediaan air dengan kebutuhan air.2.6.2. Kapasitas Tampungan Waduk

Tampungan yang dibutuhkan di suatu sungai untuk memenuhi permintaan tertentu bergantung pada tiga factor (Mc. Mahon 1976), yaitu : Unsur-unsur aliran sungai

Ukuran permintaan

Tingkat keandalan dari pemenuhan permintaanDalam bentuknya yang paling sederhana, masalah yang di tangani dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.3. Idealisasi masalaah kapasitas kemampuan waduk

Rangkaian dalam sungai Q (t) akan dimanfaatkan untuk memenuhi permintaan air dengan kebutuhan yang tertentu D (t), dalam hal ini mungkin periode aliran rendah (low flow) dari sungai itu perlu diperbesar. Dengan demikian pertanyaan yang diajukan dapat berupa berapa besarnya kapasitas waduk (C) yang harus disediakan bagi suatu pelepasan atau draft yang terkendali D (t) dengan tingkat keandalan yang bias diterima, mungkin ada variasi lain dari pertanyaan ini misalnya menentukan pelepasan bagi suatu kapasitas tertentu, tetapi masalah dasarnya tetap sama, yaitu hubungan antara karakteristik aliran masuk (inflow), pelepasan yang terkendali dan keandalan harus ditemukan.

Bagian-bagian pokok sebagai cirri fisik suatu waduk adalah sebagai berikut :

1. Tampungan berguna (usefull storage), menurut Seyhan (seyhan, 1979:24), adalah volume tampungan diantara permukaan genangan normal (Normal Water Level = NWL).

2. Tampungan tambahan (surcharge storage) adalah volume air diatas genangan normal selama banjir. Untuk beberap saat debit meluap melalaui pelimpah. Kapasitas tambahan ini biasanya tidak terkendali, dengan pengertian adanya hanya pada waktu banjir dan tidak dapat dipertahankan untuk penggunaan selanjutnya (Linsey, 1985:65).

3. tampungan mati (dead storage) adalah volume air yang terletak dibawah permukaan genagan minimum, dan air ini tidak dimanfaatkan dalam pengoperasian waduk.

4. Tampungan debit (valley storage) adalah banyaknya air yang trkandung di dalam susunan tanah pervious dari tebing dan lembah sungai. Kandungan air tersebut tergantung dari keadaan geologi tanah.

5. Permukaan genangan normal (normal water level/NWL), adalah elevasi maksimum yang dicapai oleh permukaan air waduk.

6. Permukaan genangan minimum (low water level/LWL), adalah elevasi terendah bila tampungan dilepaskan pada kondisi normal, permukaan ini dapat ditentukan oleh elevasi dari bangunan pelepasan yang terendah.

7. Permukaan genangan pada banjir rencana adalah elevasi air selama banjir maksimum direncanakan terjadi (flood water level/FWL).

8. Pelepasan (realese), adalah volume air yang dilepaskan secara terkendali dari suatu waduk selama kurun waktu tertentu.

9. Periode kritis (critical perioedi), adalah periode dimana sebuah waduk berubah dari kondisi penuh ke kondisi kosong tanpa melimpah selama periode itu. Awal periode kritis adalah keadaan waduk penuh dan akhir periode kritis adalah ketika waduk pertama kali kosong.

Gambar 2.4. Zona-zona Tampungan Waduk2.6.3. Lengkung Kapasitas Waduk

Lengkung kapasitas waduk (storage capacity curve of reservoir) merupakan suatu kurva yang menggambarkan hubungan antara luas muka air (reservoir area), volume (storage capacity) dengan elevasi (reservoir water level). Dari lengkung kapasitas waduk ini akan diketahui berapa besarnya tampungan pada elevasi tertentu, sehingga dapat ditentukan ketinggian muka air yang diperlukan untuk mendapatkan besarnya volume tampungan pada suatu elevasi tertentu, kurva ini juga dipergunakn untuk menentukan besarnya kehilangan air akibat perkolasi yang dipengaruhi oleh luas muka iar pada elevasi tertentu.

Dari persamaan lengkung kapasitas tinggi dapat ditentukan tinggi muka air waduk dengan persamaan :

H = Ch . S 0.5.(2.1)dengan :

A=luas muka air waduk (km2)

S=volume tampungan total (m3)

Ch=koefisien

Jika kehilangan turut diperhitungkan, kehilangan ini dikalikan luasan untuk mendapatkan volume kehilangan. Persamaan lengkung kapasitas luasan waduk dapat dinyatakan :

A = Ca . S 0.5.(2.2)

dengan :

A=luas muka air waduk (km2)

S=volume tampungan total

Ca=koefisien

2.6.4. Klasifikasi Waduk

2.6.4.1. Metode Lara 1962

Tipe wadukKlasifikasiRentang(m)H (%)V (%)

4.511

2.7826100

ILake

3.511

3.7276100

IIFlood-plainFoothill

11

3.3096100

IIIHill

11

21.5443100

IVGeorge

11

100100

Untuk mendapatkan persamaan digambar grafik hubungan antara volume waduk sebagai absisi dan kedalam sungai sebagai ordinat. Grafik penentuan tipe waduk dapat dilihat di lampiran.2.6.4.2. Jenis waduk menurut pemakaiannya

a. Waduk konservasi penampang

b. Waduk non konservasi atau Waduk distribusi

2.6.4.3. Jenis waduk menurut operasinya

a. Waduk jangka pendek Waduk yang siklusnya kurang dari satu tahun.

b. Waduk jangka panjang Waduk yang siklusnya lebih adri satu tahun.

2.6.4.4. Jenis waduk menurut kebutuhan pemakai dan kondisi cuaca

a. Direct Reservoir

b. Regulation reservoir

c. Pumped Storage Reservoir

d. Seogonal Reservoir (Depok)

2.6.4.5. Jenis waduk menurut tujuannya

a. Single Purpose (Tunggal guna).

b. Multi Purpose (Multi guna)2.6.5. Usia Guna Waduk

Jika suatu waduk mempunyai suatu tampungan untuk pengendali banjir dan tidak diharapkan muka air berada dalam tampungan ini untuk periode waktu yang penting, sebagian akumulasi sedimen harus diendapkan dalam tampungan ini. Usia guna waduk adalah waktu dimana waduk dapat dipergunakan untuk menampung air dan mendistribusikannya. Usia guna waduk ditinjau dari penuhnya dead storage oleh sedimen. Waktu pengendapan dari berbagai elevasi dikumulatifkan untuk mendapatkan asia waduk. 2.7. Sedimentasi Waduk

2.7.1. Umum

Sedimen yang terangkut masuk ke dalam waduk tidak selalu diendapkan pada

dasar waduk yang paling rendah. Sedimen dengan ukuran butiran yang lebih besar akanterendapkan pada waduk sebelah hulu dibandingkan dengan sedimen dengan butiran yang lebih kecil. Seperti pada gambar 2.1 semakin kecil ukuran butiran maka semakin terendapkan jauh ke dalam.

Dengan masuknya sedimen ke dalam waduk akan mengakibatkan berkurangnya kapasitas waduk. Untuk itu mengetahui berapa besar pengurangan kapasitas dari waduk ini perlu suatu perhitungan untuk mengetahui jumlah sedimen yang terendapkan selama waduk beroprasi untuk jangka waktu tertentu.

2.7.2. Faktor-Faktor yang Menentukan Hasil Sedimen

Faktor-faktor yang menentukan hasil sedimen (sediment yield) dari suatu daerah aliran sungai dapat diringkas sebagai berikut :

1. Jumlah dan intensitas curah hujan

2. Tipe tanah dan formasi geologi

3. Lapisan tanah

4. Tata guna lahan

5. Topografi

6. Jaringan sungai, yang meliputi : kerapatan sungai, kemiringan, bentuk, ukuran dan jenis saluran

Beberapa ilmuwan menganggapnya perlu untuk menambahkan beberapa faktor, sebagai contoh penutup vegetasi yang berat akhirnya bergantung pada curah hujan, tetapi kondisi penutup tanah dapat diganggu oleh praktek pembajakan, pemakaman rumput yang berlebih oleh hewan atau api.

Sistem penanganan yang serius dari sedimen yang dipengaruhi faktor-faktor tersebut telah dicari jalan keluarnya, antara lain sampai pada rata-rata hasil sedimen untuk daerah aliran sungai. Analisis tipe ini seyogyanya menggunakan studi perencanaan pendahuluan dan merupakan keadaan yang dapat dipercaya jika rata-rata hasil sedimen-hasil perhitungan dapat dikorelasikan dengan hasil sedimen hasil pengukuran pada daerah yang dibatasi atau sub DAS.

2.7.3. Metode Perhitungan Rendaman Jerat (Trap Efisiensi)Trap effisiensi (efisiensi tangkapan) dari suatu waduk didefinisikan sebagai perbandingan jumlah sedimen yang mengendap dengan inflow sedimen total dan tergantung pada kecepatan jatuh partikel sedimen awal di atas dan rata-rata aliran yang lewat waduk. Kecepatan jatuh partikel dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan komposisi kimia dari air. Rata-rata aliran melalui waduk ditentukan oleh volume inflow pada tampungan yang tersedia dan rata-rata outflow.

Metode untuk mengestimasi trap effisiensi waduk secara empiris didasarkan pada endapan sedimen yang diukur dalam jumlah yang besar terhadap waduk.2.7.3.1. Metode Brunne

Gunnar Brune telah mengemukakan bahwa kurva envelope untuk penggunaan dengan waduk normal yang memakai hubungan kapasitas waduk-waduk inflow dari waduk (Kurva ini ditunjukkan pada gambar 2.4). Waduk-waduk yang dipakai untuk mengembangkan hubungan ini merupakan waduk tipe tampungan (storage) dan kurva ini tidak direkomendasikan untuk menghitung trap efissiensi dari desilting basin, flood retarding structures, atau semi dray reservoir.

2.7.3.2. Metode Churchill

Dengan memakai data tennese valley authority presentase sedimen dari waduk. Indeks sedimen didefinisikan sebagai perbandingan dari periode retention dengan rata-rata kecepatan melalui waduk. Kurva Churchill dengan beberapa tambahan data yang ditambahkan oleh Bureau of Reclamation. Beberapa data ini mewakili desilting basin dan semi dray reservoir, dan kurva Churchill memperlihatkan bahwa kurva tersebut lebih mampu mendefinisikan trap effisiensi untuk waduk jenis ini daripada hubungan yang dibuat oleh Brune.

Batasan uraian berikut akan membantu di dalam penggunaan kurva Churchill :

Kapasitas : kapasitas waduk pada operasi rata-rata untuk periode yang dianalisis .

Period retention: kapasitas dibagi rata-rata inflow, kapasitas dalam Cu-feet dan inflow dalam Cu-feet per detik.

Panjang : panjang waduk (feet) pada permukaan operasi rata-rata.

Kecepatan : kecepatan rata-rata (feet /detik) yang datang dengan membagi inflow dengan rata-rata luas potongan melintang (feet/detik). Rata-rata luas potongan melintang dapat ditentukan dari kapasitas dibagi panjangnya.

Indeks sedimentasi : periode retention dibagi kecepatan.

Apabila akumulasi sedimen yang tidak diharapkan merupakan suatu prosentase yang besar dari kapasitas waduk, hal ini penting untuk menganalisis trap effisiensi guna periode tambahan dari umur waduk. Secara teoritis trap effisiensi waduk dapat mengurangi tampungan secara kontinyu tetapi tidak praktis jika menganalisis trap effisiensi dalam interval < 10 tahun. Variasi inflow sedimen tahunan merupakan sebab untuk tidak memakai periode yang pendek dalam analisis.2.7.4. Distribusi Sedimen Pada WadukBesarnya gaya partikel sedimen yang masuk ke waduk meliputi komponen horisontal dalam arah aliran yang berkewajiban menahan gerakan air dan komponen vertikal yang berkewajiban terhadap gravitasi dan turbulensi air. Partikel sedimen akan tinggal dalam suspensi dan dipindahkan ke waduk sepanjang gaya turbulensi air sama dengan atau melampaui gaya gravitasi. Jika aliran masuk ke waduk hasil kenaikan luas potongan melintang menyebabkan kecepatan turun dan terjadi turbulensi sampai air menjadi tidak efektif dalam menggerakkan sedimen dan paartikel-partikel, maka akan terjadi pengendapan.

Distribusi sedimen dalam waduk dipengaruhi oleh beberapa faktor yang saling berhubungan, meliputi tekstur sedimen, hubungan inflow-outflow ukuran dan bentuk waduk serta pola operasi waduk.

Batasan indeks kolam banjir (flood pool indeks) atau tampungan banjir dihitung sebagai perbandingan antara tinggi tampungan banjir dengan tinggi dibawah tampungan, dakalikan dengan prosentase waktu muka air waduk berada dalam tampungan pengendali banjir. Informasi ini untuk wadiuk yang diusulkan harus didapat dari studi operasi waduk. Untuk itu dipakai beberapa metode untuk memperkirakan distribusi sedimen pada waduk antara lain :

2.7.4.1. Area Increment Method

Persamaan dasar:

Vs = V0 + A0 ( H h0 )

dimana :

Ao= luas waduk yang baru pada elevasi dasar yang baru (acre)

V0= volume sedimen di bawah elevasi dasar yang baru (acre ft)

Vs= volume sedimen yang terdistribusi dalam waduk (acre ft)

H= kedalaman maksimum di dekat bendungan pada muka air normal (ft)

H0= kedalaman waduk setelah diisi sedimen (ft)

Langkah-langkah perhitungan :

Tahap I :

h0 ditentukan dengan cara coba-coba Vs, H diketahui dari pengukuran Dari h0 di atas, maka didapat A0 dan V0 ( dari lengkung kapasitas) Prosedur tersebut dilakukan berulang-ulang hingga mendapatkan Vs = Vs elevasi dasar waduk yang baru didapat dari : elevasi awal + h0Tahap II :

Pada tahap tersebut akan diperoleh volume sedimen komulatif. Untuk memperoleh volume sedimen, pada tiap penambahan elevasi dilakukan dengan cara mengalikan faktor koreksi luas rata-rata dengan selisih penambahan elevasi , yang dirumuskan sebagai berikut :

Vs = A0 . h

dimana :

Vs= penambahan volume sedimen (acre ft)

A0= factor koreksi luas (acre)

h= selisih pertambahan elevasi (ft)2.7.4.2. Emperical Area Reduction MethodCara ini digunakan untuk memperkirakan distribusi sedimen di waduk dengan tahapan sebagai berikut :

Klasifikasi waduk ditentukan ke dalam salah satu tipe standar yang ada.

Luas area dihitung dengan cara coba-coba hingga didapat volume hasil perhitungan (Q5) sama dengan asumsi (Q5)

Konversi dari kurva tipe standar terhadap kurva luas rencana diberika oleh Moody dengan persamaan :

Ap= C . Pm . (1-P)ndimana :

Ap= luas relaif (0,0 2,8)

P= kedalaman relatip (0,0 1,0)

C, m, dan n adalah konstanta karakteristik yang ditemtukan berdasar pada tipe waduk seperti pada table berikut :

TipeCmnSedimen storege near

I5,0471,850,36Top

II2,4870,570,41Upper Middle

III16,967-1152,32Lower Middle

IV1,486-251,34Bed

Dalam bentuk grafik, disajikan pada gambar 9.2

Langkah perhitungannya adalah :

a. Tentukan kedalam relatif pada setiap penambahan ke dalam waduk (dalam %).

b. Tentukan luas relative sedimen (Ap) berdasarkan tipe standar yang sesuai, kemudian lihat gambar 9.2.

c. Pilih elevasi dasar waduk baru yang memungkinkan setelah terjadi sedimentasi dengan cara coba-coba.

Luas areal di bawah elevasi yang dipilih, dapat dilihat pada lengkung kapasitas waduk. Luas areal di atas elevasi yang dipilih diperoleh dengan cara mengalikan konstanta K dengan Ap. Sedangkan konstanta K diperoleh dari :

2.7.4.3. Moodys modification

Untuk menghilangkan cara coba-coba, Moody pada tahun 1962 mengembangkan metode untuk mendapatkan elevasi dasar waduk yang baru dengan persamaan dasar :

S= dimana :

S= total sedimen di waduk

0= elevasi dasar mula-mula di waduk

y0= elevasi dasar baru setelah sedimentasi

A= luas permukaan waduk

dy= penambahan kedalaman

H= kedalaman total waduk pada kedalaman normal

K= konstanta antara relatif area dengan actual area

a= relatif area

Dengan mengintegralkan persamaan di atas dan disederhanakan, maka didapat :

dimana :

v0= volume relatif pada elevasi dasar

a0= area relatif waduk pada elevasi dasar

V0= volume total waduk

A0= area total waduk

H= kedalaman total waduk

Untuk berbagai kondisi elevasi digunakan persamaan sebagai berikut :

h(p)= h(p) Harga h(p) untuk masing-masing tipe waduk dapat dilihat pada gambar 9.3.

Harga h(p) harus sama dengan h(p), yaitu dengan cara mengeplotkan grafik h(p) dan h(p) pada kertas semilogaritmik, dan perpotongannya didapatkan po, sehingga :

pO . OH = Po . H

Dari elevasi ini, maka :

Elevasi sedimen = Elevasi awal + P0 . H

2.7.5. Perubahan Karakter Angkutan Sedimen

Setiap sungai membawa sejumlah sedimen terapung (suspended sediment) serta menggerakkan bahan-bahan padat di sepanjang dasar sungai sebagai muatan dasar (bed load). Sedimen merupakan hasil akhir dari erosi atau penggerusan muka tanah oleh air, es dan gaya gravitasi. Proyek pengembangan sumber daya air banyak dipengaruhi oleh sedimen yang ditransportasi oleh air. Jumlah total erosi (on site sheet) dan erosi alur (gully erotion) pada suatu daerah aliran sungai diketahui sebagai erosi kotor (gross erotion). Tetapi semua material yang tererosi tidak masuk ke sistem aliran, sebagian dari material tersimpan secara alamiah atau oleh tingkah laku manusian di dalam daerah aliran sungai dan sebagian lagi tersimpan dalam saluran dan daerah datar yang memungkinkan terjadinya banjir. Bagian material yang tererosi yang bergerak melalui jaringan drainasi/sungai menuju titik kontrol/pengukur pada bagian hilir (sebagai contoh bendungan/waduk) ditunjukkan sebagai hasil sedimen (sediment yield). 2.7.6. Satuan Berat Endapan Sedimen

Umumnya estimasi inflow sedimen ke waduk di estimasi dalam batas berat per satuan waktu, seperti ton per hari dan harus di ubah dalam volume ekivalen dalam arti estimasi satuan berat. Klasifikasi sedimen berdasarkan ukuran diusulkan oleh American Geophysical Union yang dipakai disini.Tabel 2.8. Klasifikasi Sedimen berdasarkan Ukuran

Tipe sedimenSatuan (mm)

Tanah Lempung< 0.004

Endapan Lumpur0.004-0.0625

Pasir0.0625-2.000

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi satuan berat sedimen yang mengendap di waduk, beberapa diantaranya mempunyai pengaruh tertentu sebagai berikut :

1. Cara atau pola pengoperasian waduk.

2. Tekstur dan ukuran partikel sedimen.

3. Rata-rata pemadatan dan konsolidasi.

4. Faktor pengaruh lain yang lebih kecil seperti gaya kepadatan arus, kemiringan aliran masuk, dan pengaruh vegetasi dalam waduk.

Pengoperasian waduk umumnya merupakan faktor pengaruh yang terbesar, sedimen yang mengendap di saluran terpengaruh draw down yang diijinkan yang ditunjukkan untuk periode yang lama dan dibawah konsolidasi yang besar. Operasi waduk dengan permukaan yang stabil tidak mengijinkan endapan sedimen mengering dan mengalami konsolidasi pada derajat yang sama.

Ukuran dari partikel sedimen yang masuk mempunyai pengaruh yang penting terhadap satuan berat. Endapan sedimen yang terdiri dari endapan lumpur dan pasir akan mempunyai satuan berat yang lebih tinggi dari pada yang didominasi tanah lempung.

Berdasarkan hasil satuan berat dan analisa ukuran butiran dari 1316 sampel Lara dan Pemberton mengembangkan metode untuk mengestimasi satuan berat endapan sedimen awal ketika analisa ukuran sedimen yang datang dan skema operasi waduk yang diusulkan diketahui. Tabel 2.9. Klasifikasi Operasi Waduk

TipeOperasi Waduk

1Sedimen selalu terendam atau agak terendam

2Surut muka air sedang

3Surut muka air waduk cukup besar

4Waduk biasanya kosong

Pemilihan tipe waduk biasanya dapat dipakai dari studi operasi yang disiapkan untuk waduk yang bersangkutan. Jika tipe waduk sudah dipilih, satuan berat endapan sedimen awal dapat diestimasi memakai persamaan berikut :

W1 = Wc Pc +Wm Pm + Ws Ps

dengan :

W1

= Berat jenis lb/ft3Pc, Pm, Ps= Persentase lempung, lumpur dan pasir

Wc, Wm, Ws= Koefisien lempung, lumpur dan pasir (tabel 2.3) Tabel 2.10. Koefisien Wc, Wm, Ws

Tipe wadukWcWmWs

1267097

2357197

3407297

4607397

Satuan besar endapan sedimen yang tinggal di waduk tiap tahun akan bertambah, dan dinyatakan sebagai:

W = W1 + K log 10 Tdengan:

K = Konstanta tergantung pada analisis ukuran sedimen, telah dikemukakan untuk menentukan satuan berat endapan sedimen pada waduk setelah suatu periode operasi waduk.

Tetapi sebagai sedimen akan mengendap di waduk dalam tiap T tahun operasi dan endapan tiap tahun akan mempunyai waktu pemadatan yang berbeda. Miller mengembangkan pendekatan integral untuk menentukan rata-rata satuan berat endapan sedimen dalam T tahun operasi sebagai berikut :

Wt = W1 + 0.434 K [(T/(T-1))(logT)-1]dengan:

Wt = Rata rata berat jenis setelah T tahun dari operasi waduk

W1 = Berat jenis awal dari material sedimen

K = Konstanta yang tergantung dari operasi waduk dan ukuran sedimen dalam

tabel 2.11.

Tabel 2.11. Konstanta K

K

Tipe WadukPasirLumpurLempung

105.716

201.88.4

300.00.0

400.00.0

2.7.7. Akumulasi Endapan Sedimen dan Usia Guna WadukAkumulasi sedimen dalam waduk biasanya didistribusikan di bawah puncak Conservation fool atau muka air normal. Tetapi, jika suatu waduk mempunyai suatu tampungan untuk pengendali banjir dan tidak diharapkan muka air waduk berada dalam tampungan ini untuk periode waktu yang penting, sebagian akumulasi sedimen harus diendapkan dalam tampungan ini. Gambar berikut ini merupakan data dari great playin reservoir yang dipakai sebagai petunjuk mengestimasi bagian akumulasi total sedimen yang akan mengendap di atas muka air normal. Plot tersebut diharapkan sebagai petunjuk yang kasar dan estimasi yang didapat dari sini harus dibuat mendekati dengan beberapa keputusan yang didasarkan pada operasi waduk yang diusulkan dan sedimen yang masuk secara alamiah. Kurva ini didasarkan pada jumlah data yang terbatas dan dapat diperbaiki jika lebih banyak informasi yang tersedia.2.7.8. Prediksi Distribusi Pengedapan Sedimen di Waduk

Fenomena lain dari pengendapan sedimen di waduk adalah pembentukan endapan delta pada daerah head air di waduk. Akibat yang besar dari endapan delata adalah timbulnya elevasi back water pada saluran di hulu. Prediksi bentuk delta merupakan prosedur empiris yang didasarkan pad observasi endapan data di waduk yang telah disurvei ulang. Kemiringan top side dapat dihitung memakai formula Peter Meyer Muller untuk transportasi awal.

S = (1/d). 0,19 . (Q/Qb) (ns/D90 x 1/6). D

Dimana semua batasan didefinisikan seperti persamaan formula Schoklitsch untuk transpor yang bukan bed load sebagai berikut :

S = (0,00021 x D x B/Q)3/4dengan :

D = diameter rata-rata material dasar, D50 (mm)

Q= debit aliran (m3/dt)

Persamaan ini akan menghasilkan kemiringan dimana material dasar tidak digerakkan terlalu jauh, yang penting akan membentuk delta yang benar.

Ini juga akan dicari pada kebanyakan waduk dimana kemiringan top side hampir mendekati setengah kemiringan asal. Harga ini verifikasi kemiringan yang dihitung dengan kemiringan di atas.

2.8. Pengendalian Pengendapan Sedimen di Waduk

Prosedur yang paling umum untuk menangani masalah sedimen adalah penetapan suatu bagian dari kapasitas waduk sebagai tampungan sedimen. Ini adalah suatu pendekatan yang sifatnya negatif, yang bagaimanapun tidak akan mengurangi penumpukan sedimen, tetapi semata-mata hanyalah menunda saat terjadinya masalah yang serius. Karena sedimen mengendap diseluruh panjang waduk, maka penetapan tampungan sedimen tidaklah secara eksklusif menyangkut kapasitas mati, tetapi harus pula mencakup bagian yang seharusnya merupakan bagian dari kapasitas berguna.

Sebenarnya pengendapan sedimen di waduk tidak dapat dicegah, tetapi dapat dihambat atau ditunda saat terjadinya. Pengurangan aliran sedimen masuk kedalam waduk hingga jumlah tertentu dapat diperoleh dengan metode konservasi tanah didalam DAS nya. Teras-teras (terasering), penanaman berjalur, pembajakan tanah mengikuti garis tinggi serta teknik-teknik yang serupa akan menghambat aliran air di permukaan tanah dan mengurangi erosi. Bendung pengendali (Check dam) di jurang-jurang akan menambah sejumlah sedimen dan mencegahnya masuk kedalam sungai, ataupun pembangunan Sabo dam pada alur sungai di hulu waduk.

Penumpukan sedimen di dalam waduk dapat dikurangi dengan membuat sarana-sarana untuk mengalirkan sejumlah sedimen. Pintu pembilas (pembuang) pada berbagai ketinggian kadang-kadang dapat memungkinkan pengaliran sedimen yang halus untuk terbuang sebelum mempunyai waktu untuk mengendap di dasar waduk. Pada berbagai waduk, suatu aliran masuk yang mengandung sedimen dapat mengalir dalam bentuk arus kerapatan, perbedaan kerapatan ini antara lain dapat diakibatkan oleh jenis sedimen, mineral-mineral yang terlarut atau suhu. Karena perbedaan kerapatan, air dengan arus kerapatan tidak langsung bercampur dengan air waduk yang lama. Efisiensi tangkapan waduk dapat turun dari 2 hingga 10 persen bila ada kemungkinan untuk mengaliorkan arus kerapatan semacam ini melalui alur pembuang. Pintu pembuang di dekat dasar bendungan dapat memungkinkan pembilasan sejumlah sedimen kehilir, tetapi bagian yang dibuang tidaklah akan sangat jauh di hulu bendungan.

Dimana m adalah reciprocal dari kedalaman slope lawan kapasitas plot pada kertas logaritma. Itu harus diingat bahwa tipe danau tidak harus di dataran atau tipe jurang harus harus di gunung. Kadang-kadang, tipe operasi waduk atau ukuran sedimen dapat melebihi batas klasifikasi untuk membentuknya. Jika waduk terbentuk tipe III harus dibuat kebawah pada frekuensi interval atau sedimen didominan oleh tanah liat, dan itu diklasifikasikan sebagai tipe IV karena bagian penting dari sedimen didepositkan pada dasar dari waduk tipe IV. Rationalitation yang sama harus digunakan jika sebuah waduk jatuh pada garis batas antara tipe-tipe.

Persamaan dasar digunakan untuk mengembangkan prosedur :

S = dengan :

S = Total sedimen yang didepositkan pada waduk

o = Elevasi nol asli pada Dam

Yo = Elevasi nol pada Dam sesudah periode pemasukan sedimen

A = Daerah permukaan waduk

dy = Tambahan kedalaman

H = Total kedalaman waduk pada permukaan air normal

K = Konstan bagian untuk memasukkan daerah sedimen relatif ke area yang sebenarnya untuk waduk

a =Area sedimen relatif.

Dengan integrasi dan penyederhanaan persamaan ini, hubungan berikutnya dapat dikembangkan :

dengan :

vo = Volume relatif waduk pada kedalaman nol baru

ao = Area relatif waduk pada kedalaman nol baru

Vo = Volume total waduk pada kedalaman nol baru

H = Kedalaman asli waduk

Ao = Area total waduk pada kedalaman nol

Kemudian dengan mendefinisikan istilah baru :

hp =

h1p = dengan :

p = Kedalaman relatif sebagai contoh beberapa bagian fraksional dari kedalaman waduk yang diukur dari dasar sungai

VpH = Volume total waduk pada kedalaman pH

ApH = Total area waduk pada kedalaman pH

Itu dapat dilihat dari persamaan bahwa hp sama dengan h1p pada elevasi nol, Yo.

Dengan menggunakan data yang telah diopservasi dari survei waduk, kurva desain penyimpanan tak berdimensi digambarkan satu dari empat tipe waduk dan kurva rancangan area yang diperoleh dari mereka.

Badan Survey Geologi Amerika Serikat telah mengembangkan prosedur yang telah dimodifikasikan oleh Einstein untuk menghitung jumlah sedimen total yang mana bergantung pada konsentrasi sedimen terbuang dan ukuran analisis dalam penambahan data yang diminta oleh formula yang lain.

EMBED Equation.3

Rangkaian aliran

Sungai Q (t)

Rangkaian pelepasan

Terkendali D (t)

limpahan

Waduk dengan kapasitas

Tamp.aktif C

Muka Air Banjir

Muka Air Normal

MOL

Tampungan Efektif

Tampungan Mati

Dasar sungai

Mercu Pelimpah

Saluran Pengambilan

EMBED PBrush

Gambar 2.5 Distribusi sedimen di waduk

10

_1300897756.unknown

_1300897772.unknown

_1300897780.unknown

_1300897784.unknown

_1300897787.unknown

_1332700372.unknown

_1300897786.unknown

_1300897782.unknown

_1300897783.unknown

_1300897781.unknown

_1300897776.unknown

_1300897778.unknown

_1300897779.unknown

_1300897777.unknown

_1300897774.unknown

_1300897775.unknown

_1300897773.unknown

_1300897764.unknown

_1300897768.unknown

_1300897770.unknown

_1300897771.unknown

_1300897769.unknown

_1300897766.unknown

_1300897767.unknown

_1300897765.unknown

_1300897760.unknown

_1300897762.unknown

_1300897763.unknown

_1300897761.unknown

_1300897758.unknown

_1300897759.unknown

_1300897757.unknown

_1300897724.unknown

_1300897740.unknown

_1300897748.unknown

_1300897752.unknown

_1300897754.unknown

_1300897755.unknown

_1300897753.unknown

_1300897750.unknown

_1300897751.unknown

_1300897749.unknown

_1300897744.unknown

_1300897746.unknown

_1300897747.unknown

_1300897745.unknown

_1300897742.unknown

_1300897743.unknown

_1300897741.unknown

_1300897732.unknown

_1300897736.unknown

_1300897738.doc

T

U

U

U

c

c

0

2

0

2

0

_1300897739.unknown

_1300897737.doc

U

U

a

D

h

D

b

log

log

15

15

_1300897734.unknown

_1300897735.unknown

_1300897733.unknown

_1300897728.unknown

_1300897730.unknown

_1300897731.unknown

_1300897729.unknown

_1300897726.unknown

_1300897727.unknown

_1300897725.unknown

_1300897708.unknown

_1300897716.unknown

_1300897720.unknown

_1300897722.unknown

_1300897723.unknown

_1300897721.unknown

_1300897718.unknown

_1300897719.unknown

_1300897717.unknown

_1300897712.unknown

_1300897714.unknown

_1300897715.unknown

_1300897713.unknown

_1300897710.unknown

_1300897711.unknown

_1300897709.unknown

_1300897700.unknown

_1300897704.unknown

_1300897706.unknown

_1300897707.unknown

_1300897705.unknown

_1300897702.unknown

_1300897703.unknown

_1300897701.unknown

_1300897692.unknown

_1300897696.unknown

_1300897698.unknown

_1300897699.unknown

_1300897697.unknown

_1300897694.unknown

_1300897695.unknown

_1300897693.unknown

_1300897688.unknown

_1300897690.unknown

_1300897691.unknown

_1300897689.unknown

_1300897684.unknown

_1300897686.unknown

_1300897687.unknown

_1300897685.unknown

_1300897682.unknown

_1300897683.unknown

_1300897680.unknown

_1300897681.unknown

_1300897398.unknown

Transportasi Sedimen

Documents